METABOLISME BAKTERI

MENGAPA KITA PERLU MENGETAHUI METABOLISME BAKTERI ??

Metabolisme bakteri perlu kita ketahui karena kita ingin mengetahui bagaimana menghambat atau menghentikan pertumbuhan bakteri dan bagaimana kita dapat mengontrol metabolisme mereka untuk memperpanjang waktu simpan dari produk makanan.

Apa itu METABOLISME ??

Metabolisme dalam bahasa Yunani adalah metabole, yang berarti perubahan. Metabolisme merupakan keseluruhan proses reaksi kimia dalam sel untuk mempertahankan hidup. Ada 2 macam reaksi dalam metabolisme bakteri, yaitu katabolisme dan anabolisme.

KATABOLISME

Katabolisme merupakan beberapa jalur metabolisme yang membebaskan atau mengeluarkan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana. Jalur utama katabolisme ini adalah respirasi selular, dimana glukosa dan bahan bakar organik lainnya dipecah dengan adanya oksigen menjadi karbon dioksida dan air.
Setelah gula atau glukosa ini dibuat atau diperoleh, mereka adalah sumber energi kehidupan. Pemecahan dari glukosa ( katabolisme ) memiliki beberapa jalur yang berbeda :

• Respirasi aerob ( aerobicc respiration )
• Respirasi anaerob ( anaerobic resiration )
• Fermentasi ( fermentation )

RESPIRASI AEROB (aerobic respiration)

Glukosa adalah heksosa, monosakarida, C6H12O6. Molekul ini secara sistematis dipecah melalui tiga jalur yang saling berhubungan menjadi karbon dioksida ( CO2 ) dan air ( H2O ). 

Tiga jalur tersebut adalah :

1. Glikolisis

Tiga jalur pusat metabolisme karbohidrat pada bakteri ialah glikolisis, jalur pentose fosfat, dan jalur Entner – Doudoroff. Untuk kebanyakan sel-sel, jalur terbesar dalam katabolisme glukosa adalah glikolisis.. Glikolisis adalah salah satu lintasan paling penting yang digunakan oleh sel untuk menghasilkan energi. Glikolisis tidak mensyaratkan adanya oksigen dan bisa terdapat sel-sel baik yang aerobik maupun anaerobik. Pada jalur ini molekul glukosa dirubah menjadi asam piruvat (glikolisis) dan asam piruvat menjadi asam laktat (fermentasi asam laktat) tanpa pemasukan molekul oksigen.Dalam glikolisis, ditemukan 4 jalur utama pada bakteri yang berbeda : 

• Embden - Meyerhoff - Parnas Pathway ( EMP )  

Merupakan jalur glikolisis "klasik" yang ditemukan di hampir semua organisme. 

• Hexose Monophosphate Pathway ( HMP )  

Jalur Heksosa monofosfat ini juga disebut fosfoketolase. Jalur ini juga ditemukan disebagian besar organisme. Jalur ini bertanggung jawab untuk sintesis nukleotida. 

• Entner - Doudoroff Pathway ( ED )  

Jalur ini ditemukan di Pseudomonas dan genera terkait.

• Pentosa fosfat (PP)

Keempat jalur tersebut mempunyai persamaan, yaitu memecah heksosa (glukosa) menjadi triosa, yaitu gliseraldehid 3-fosfat (tetapi melalui jalur berbeda), mengoksidasi triosa, menjadi asam triosa, yaitu piruvat. Hasil akhir adalah 2 piruvat, 2 NADH, 2 ATP.
Jadi hasil dari Glkolisis adalah :
1. 2molekul asam piruvat
2. 2molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi
3. 2molekul ATP untuk setiap molekul glukosa

Glikolisis

   2.    Siklus TCA ( siklus asam trikarboksilat )

Asam piruvat pertama kali diproses oleh NZ dan koenzim (COA). Produk akhirnya adalah Asetil-Coa dan molekul CO2. Ingat ini terjadi dua kali untuk setiap molekul glukosa. (Satu glukosa terbagi menjadi dua molekul asam piruvat.)

Siklus TCA

Siklus ini berlangsung dalam matriks mitokondria. Tahapan siklus ini adalah sebagai berikut: 

• Mula-mula, pembentukan asetil CoA dari piruvat yang telah memasuki mitokondria.  Asetil CoA dibentuk dengan 1) melepas gugus karboksil piruvat sebagai CO2, 2) fragmen berkarbon dua yang tersisa dioksidasi untuk membentuk senyawa asetat, dan 3)senyawa mengandung sulfur turunan vitamin B, koenzim A, yang diikatkan pada asetat tadi oleh ikatan yang tidak stabil sehingga sangat reaktif.
• Setiap putaran siklus, dua karbon dari asetil coA masuk dalam bentuk relatif tereduksi dan terikat pada oklsaloasetat (senyawa berkarbon empat).  Ikatan tak stabil asetil CoA dipecah begitu oksaloasetat memindahkan koenzim tersebut dan terikat ke gugus asetil.  Hasilnya adalah sitrat berkarbon enam.
• CO2 dihasilkan pada fase 3 (isositrat –> α-ketoglutarat) dan fase 4 (α-ketoglutarat –> suksinil coA).
• Pembentukan NADH terjadi pada fase 3, 4, dan 8 ( malat –> oksaloasetat).
• Pembentukan FADH2 terjadi pada fase 6 (suksinat –> fumarat).
• Fosforilasi tingkat substrat terjadi pada fase 5 (suksinil coA- suksinat) dimana coA ditransfer oleh gugus fosfat yang kemudian dipindahkan ke GDP untuk membentuk GTP (serupa dengan ATP).  ATP akan terbentuk apabila mendapatkan satu gugus fosfat dari GTP.

Hasil: satu molekul glukosa menghasilkan  2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2.

 3. Transport Elektron

Transport  Elektron

Transport elektron ini berlangsung di dalam membran dalam mitokondria. Tahap - tahap transport elektron :

• Elektron yang ditransfer oleh NADH ke molekul pertama rantai transpor elektron yaitu flavoprotein, dengan gugus protestik flavin mononukleotida –> protein besi sulfur (Fe.S) –> ubikuinon (Q) –> sitokrom (cyt b, cyt cI, cyt c, cyt a, cyt a3) à O2.
• Elektron lain bersumber dari FADH2 yang menambahkan elektron pada tingkat yang lebih rendah sehingga menyediakan energi sepertiga lebih kecil dari NADH.
• Pembentukan ATP baru terjadi melalui mekanisme pengkopelan energi, pada kompleks protein ATP sintase, yang disebut pula sebagai kemiosmosis.  ATP sintase menggunakan energi dari perbedaan konsentrasi H+ pada sisi yang berlawanan dari H+ pada sisi berlawanan membran dalam mitokondria.  Gradien tersebut dapat dipertahankan melalui rantai transport elektron.  Hal ini karena rantai tersebut merupakan pengubah energi yang menggunakan aliran elektron eksergonik untuk memompa H+ melintasi membran.
• ATP sintase memiliki tiga bagian utama yaitu komponen silindris tonjolan tombol yang mendandung tempat katalitik, dan batang sebagai penguhubung kedua komponen lainnya.  Silinder adalah rotor yang berputar searah jarum jam apabila H+ melintas menuruni gradien sehingga batang ikut berputar dan mengaktivasi tempat katalitik dalam tombol, yang menggabungkan fosfat + ADP à ATP.

Hasil: 34 ATP dengan nilai maksimum 38 ATP.

RESPIRASI ANAEROB (anaerobic respiration)
Langkah pertama dalam respirasi selular di semua sel hidup adalah glikolisis, yang dapat berlangsung tanpa kehadiran molekul oksigen. Jika oksigen hadir dalam sel, maka sel kemudian dapat mengambil keuntungan dari respirasi aerobik melalui siklus TCA untuk menghasilkan energi jauh lebih besar dalam bentuk ATP daripada jalur anaerobik. Namun demikian, jalur anaerob merupakan jalur yang penting juga dan merupakan satu-satunya sumber ATP untuk kebanyakan bakteri anaerob. Sel eukariotik juga mengambil jalan jalur anaerobik jika pasokan oksigen mereka rendah. Sebagai contoh, ketika sel-sel otot yang bekerja sangat keras dan menguras pasokan oksigen mereka, mereka memanfaatkan jalur anaerob menjadi asam laktat untuk terus memberikan ATP untuk fungsi sel.

Pada respirasi anaerob, aseptor elektronnya bukanlah oksigen, melainkan senyawa anorganik lain selain oksigen (bukan O2). Sebagai contoh : pereduksi sulfat, aseptor elektronnya adalah sodium sulfat (Na2SO4) ; peredukasi metana, aseptor elektron terakhirnya adalah CO2. 

Berikut ini adalah perbedaan antara respirasi aerob dan anaerob :

FERMENTASI ( fermentation )
Fermentasi adalah proses anaerobik di mana energi bisa dilepaskan dari glukosa meskipun oksigen tidak tersedia. Fermentasi terjadi dalam sel ragi (yeast), dan pembentukan fermentasi dapat terjadi pada bakteri dan sel-sel otot hewan.

Dalam sel ragi (yeast, yang biasa digunakan untuk membuat roti dan memproduksi minuman berakohol), glukosa dapat dimetabolisme melalui respirasi seluler seperti pada sel lainnya. Ketika keberdaan oksigen berkurang ataupun tanpa oksigen, glukosa masih dapat diubah menjadi asam piruvat melalui glikolisis. Dalam fermentasi sel ragi ini, asam piruvat dikonversi terlebih dahulu menjadi asetaldehida dan kemudian menjadi etil alkohol. Hasil akhir fermentasi ini bergantung pada jenis bakteri yang melakukan fermentasi. 
Berikut ini adalah jenis-jenis bakteri dan hasil fermentasinya :

FAKULTATIF ANAEROB
Beberapa organisme (fakultatif anaerob), termasuk yeast dan beberapa bakteri lainnya, dapat bertahan hidup menggunakan fermentasi ataupun respirasi.

Untuk fakultatif anaerob, piruvat adalah persimpangan pada jalan metabolisme yang memimpin dua rute alternatif.

Proses Anabolisme akan saya jelaskan disini.